DE2243682A1 - METALIZATION METHOD OF COMPONENTS - Google Patents
METALIZATION METHOD OF COMPONENTSInfo
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Description
Western Electric Company, Xncorpore-i ec Newby 2 — 9 Mew York, V= St. A. ■Western Electric Company, Xncorpore-i ec Newby 2-9 Mew York, V = St. A. ■
Verfahren zur Metallisierung von BauteilenProcess for the metallization of components
Die Erfindung betrifft die Metallisierung von Bauteilen, einschließlich integrierter Schaltungen, wobei eine Maskierung zur Begrenzung von Kontaktzonen und von Verbindungsleitungen verwendet wirdo Insbesondere ist das Niederschlagen von Gold auf begrenzte Gebiete einer Platinoberfläche beschriebeneThe invention relates to the metallization of components, including integrated circuits, with a mask is used to delimit contact zones and connecting lines o In particular, the deposition of gold described on limited areas of a platinum surface
Bei der Herstellung von Bauteilen kann die Metallisierung der Elektrodenflächen durch galvanisches Niederschlagen einer Schicht aus Gold auf eine zuvor niedergeschlagene Schicht aus Platin erfolgen» Die Platinschicht kann ihrerseits auf einem Substrat, beispielsweise aus Titan, niedergeschlagen sein. Eine direkt auf der Platinschicht niedergeschlagene Maske aus einem organischen Photolackfilm wird zur Begrenzung der zur Bildung von Elektrodenanschlüssen und Leitungsbahnmustern mit Gold zu plattierenden Gebiete verwendet. Ein beim galvanischen Niederschlagen oft auftretendes Problem ist jedoch die ungenaue Begrenzung der Goldelektrodenflächen als Ergebnis eines Unterplattiervorgangs; d.h. das Gold ist nicht auf die vom Photolackmuster begrenzten Flächen beschränkt, sondern erstreckt sich auch unter den Photolack. Dieses Unterplattieren tritt wegen der schlechten Haftung der Photolackschicht .auf der Platinschicht auf. .When manufacturing components, the electrode surfaces can be metallized by means of galvanic deposition a layer of gold on top of a previously deposited layer of platinum. »The platinum layer itself can be deposited on a substrate, for example made of titanium. One deposited directly on the platinum layer Mask made of an organic photoresist film is used to limit the formation of electrode connections and conductive path patterns with areas to be plated with gold are used. One that often occurs with galvanic deposition However, the problem is the imprecise limitation of the Gold electrode areas as a result of underplating; i.e. the gold is not limited to the areas bounded by the photoresist pattern, but also extends under the photoresist. This underplating occurs because of poor adhesion of the photoresist layer on the platinum layer on. .
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Zum Metallisieren von integrierten Silizium-Schaltungsb'auteilen wird nach dem Stand der Technik (DT-PS 1 282 196) vorgeschrieben, daß zur Herstellung von Anschlüssen an Silizium die gesamte Oberfläche oxidiert wird und daß dann Öffnungen durch die Siliziumoxidschicht in die darunterliegende Siliziumschicht geätzt werden. Als nächstes wird auf der gesamten Oberfläche Titan niedergeschlagen, weil die zum Anschluß des Bauteils an äußere Schaltungen schließlich erforderlichen Metalle Gold oder Silber nicht so gut auf Siliziumdioxid haften, wie Titan. Im Anschluß an das Niederschlagen von Titan wird eine Platinschicht direkt auf dem Titan niedergeschlagen. Dies erfolgt deshalb oft, weil Gold, welches üblicherweise das zur Herstellung von Anschlüssen des Bauteils an äußere Schaltungen verwendete Metall ist, dazu neigt, spröde Legierungen mit Titan zu bilden. Bei dieser Stufe des Verfahrens kann die gesamte Platinoberfläche unter Anwendung bekannter Photolacktechniken mit einem organischen Photolack maskiert werden, um Anschluß und Leitungsbahnen auf der Platinoberfläche zu begrenzen. Gold wird dann lediglich auf die freiliegenden Platinzonen galvanisch niedergeschlagen. Die verbleibenden Abschnitte des Photolacks und des Platins und Titans warden schließlich entweder durch chemische Auflösung oder - im Fall von Platin - durch Rückzerstäubung entfernt. (Da die Goldschicht fast zehnmal so dick wie die Platin-For metallizing integrated silicon circuit components is prescribed according to the state of the art (DT-PS 1 282 196) that for making connections to Silicon the entire surface is oxidized and that then Openings are etched through the silicon oxide layer into the underlying silicon layer. Next will Titanium is deposited on the entire surface because it is ultimately necessary to connect the component to external circuits required metals gold or silver do not adhere to silicon dioxide as well as titanium. Following the Deposition of titanium deposits a layer of platinum directly on the titanium. This is often done because gold, which is commonly used to connect the component to external circuits Metal tends to form brittle alloys with titanium. At this stage of the procedure, the entire Platinum surface can be masked with an organic photoresist using known photoresist techniques To limit connection and conductor tracks on the platinum surface. Gold is then only used on the exposed ones Platinum zones galvanically deposited. The remaining sections of the photoresist and platinum and titanium will be finally removed either by chemical dissolution or - in the case of platinum - by sputtering. (Since the gold layer is almost ten times as thick as the platinum
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schicht ist,- entfernt die Rückzerstäubung keinen wesent- ■. liehen Teil des.Goldes.) ·layer is, - the sputtering does not remove any significant ■. borrowed part of the gold.)
Ein dabei jedoch oft auftretendes Problem liegt in der ungenügenden Begrenzung der Goldelektrodenflächen, weil der Photolackfilm nicht gut auf dem Platin hafteti Dieses, r; Problem wurde erst in den.letzten Jahren wichtig, als.die . Verringerung der· Schaltungsabmessungen zur Anpassung an Hochfrequenzanwendungsfälle eine dichtere Anordnung der Kontaktflächen und eine höhere Packungsdichte von"Bauteilen auf Schaltungsplättchen nötig machte.. Als Folge des schlechten Haftens des Photolacks auf Platin kann das sogenannte Unterplattieren auftreten,. Die enge geometrische Anordnung von leitenden Flächen kann dazu führen, daß benachbarte Leiter durch Erstreckung der Goldplattierschicht von einer leitenden Fläche zur nächsten kurzgeschlossen werden. However, a problem that often occurs here is the insufficient delimitation of the gold electrode areas because the photoresist film does not adhere well to the platinum. This, r ; The problem only became important in the last few years when the. Reduction of the cause adjacent conductors to be short-circuited by extending the gold plating layer from one conductive surface to the next.
Es wurden Vorschläge zur Lösung des Problems gemacht» In der deutschen Patentanmeldung P 17 64 148„2 wird die Niederschlagung einer Titanschicht auf der Platinoberfläche vorgeschlagen«, Diese Schicht oxidiert bei Umgebung r.tomperaturen in Luft leicht, so daß eine Dünnschicht aun Titanoxid (TiOg) entsteht. Der Photolack haftet auf dinner Titanoxidschicht relativ gut, so daß bei dor qni van i.sehen Niederschlagung von Gold -wenigerSuggestions were made to solve the problem » In the German patent application P 17 64 148 “2 is the deposition of a titanium layer on the platinum surface suggested «, This layer oxidizes in the environment r.tomperatures in air slightly, so that a thin layer of titanium oxide (TiOg) is formed. The photoresist adheres relatively well to the titanium oxide layer, so that at dor qni van i see the precipitation of gold - less
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Unterplattierung des Photolacks auftritt, wie bei direkter • Auftcagung des Photolacks auf die Platinoberfläche. Jedoch muß sowohl die Titan- also auch die Titandioxidschicht geätzt werden, bevor Gold niedergeschlagen werden kann.Underplating of the photoresist occurs, as with direct application of the photoresist to the platinum surface. However Both the titanium and titanium dioxide layers must be etched before gold can be deposited.
Alternativ ist aus der GB-PS 1 211 657 das Niederschlagen einer Siliziumschicht auf der Platinoberfläche bekannt. Anschließend wird diese Siliziumschicht oxidiert, Photolack wird auf die Siliziumdioxidoberfläche aufgetragen und auch hier haftet der Photolack gut. Jedoch auch in diesem Fall müssen sowohl die Silizium- als auch die Siliziumdioxidschicht geätzt werden, bevor die Goldschicht niedergeschlagen werden kann.Alternatively, GB-PS 1 211 657 discloses the deposition of a silicon layer on the platinum surface. This silicon layer is then oxidized, photoresist is applied to the silicon dioxide surface and also here the photoresist adheres well. However, in this case too, both the silicon and silicon dioxide layers must etched before the gold layer can be deposited.
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Haftung der Maske auf Platin und deshalb eine genauere Begrenzung der galvanisch niedergeschlagenen Goldschicht erreicht, indem die Platinoberfläche oxidiert und der Photolack auf die so gebildete Platinoxidschicht niedergeschlagen wird. Der Photolack haftet gut und während der galvanischen Niederschlagung von Gold tritt keine wesentliche Unterplattierung auf. Das freiliegende Platinoxid braucht an den Stellen, an denen Gold niedergeschlagen werden soll, nicht in einem separaten Schritt vor der Niederschlagung des Goldes entfernt werden, da bei der Anwendung jedes galvanischen Verfahrens der Niederschlagung von Gold das freiliegende Plntinoxid Zwangs-According to the invention there is an improved adhesion of the mask Platinum and therefore a more precise delimitation of the electroplated gold layer is achieved by removing the platinum surface oxidized and the photoresist is deposited on the platinum oxide layer thus formed. The photoresist adheres well and no significant underplating occurs during gold electroplating. That exposed platinum oxide does not need to be in a separate place at the points where gold is to be deposited Step before the deposition of the gold must be removed, as any galvanic process involves deposition of gold, the exposed planetary oxide forced
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weise ^metallischem Platin !reduziert wird,, bevor.die,. ..-. ·. ; galvanische Niederschlagung -.des, Goldes beginnt*. Die Entfernung des P.hötölatkSi der Plätinöxid-, der Platin- und der Titanschicht außerhalb der Gebiete, auf denen Gold niedergeschlagen ist, kann dann leicht mit auf dem Gebiet der Metallisierung von-Bauteilen bekannten \fer fahr en erfolgen^ - . " . ·."■"■-.■' wise ^ metallic platinum! is reduced, before the,. ..-. ·. ; galvanic deposition - of the gold begins *. The removal of the P.hötölatkSi Plätinöxid-, the platinum and the titanium layer outside the areas where gold is down, can use in the field of metallization of components known effected \ f e r s driving then easily ^ -. ". ·." ■ "■ -. ■ '
Die Platinöxidschicht wird entweder durch anodische öder chemische Oxidation in. einem starken Oxidationsmittel gebiIdet» Aus Gründen'der 1eichteren Her ste!lbarkeit wird anodische Oxidation bevorzugtο .The platinum oxide layer is either anodic or deserted chemical oxidation in a strong oxidizing agent formed »For reasons of easier manufacture anodic oxidation preferred
Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Konzept bei der Metallisierung einer größen Vielzahl .Verschiedener Bauteile, einschließlich integrierter Schaltungen, Kondensatoren und Widerständen anwendbar' ist. 'It is apparent to the person skilled in the art that the inventive Concept for the metallization of a great variety .Different Components, including integrated circuits, Capacitors and resistors are applicable '. '
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen:The invention is in the following description with reference to FIG Drawing explained in more detail, namely show:
Pig. 1 - 6 im Schnitt einen Abschnitt eines hierPig. 1 - 6 in section a section of one here
als einen Transistor aufweisenden HaIbleiterplättchens ausgebildeten Bauteils, der zur Bildung von Kontakten und Leitbahnen in der erfindungsgemäßen Weise behandelt wird*as a semiconductor chip having a transistor trained component, which is used to form contacts and interconnects is treated in the manner according to the invention *
Fig, 1 zeigt öin Beispiel1 eines Halbleiter-Bauelements, bei dem der Körper 10 ein Abschnitt einer Halbleiterscheibe ist,1 shows example 1 of a semiconductor component in which the body 10 is a section of a semiconductor wafer,
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aus welcher eine Reihe von Halbleiterbauteilen hergestellt from which a number of semiconductor components are made
wird. Durch vorhergehende Verfahrensschritte unter Anwendung bekannter Maskier- und Diffusionsmethoden sind die Basis und den Emitter darstellende Leitungstyp-Zonen 12 , und 13 hergestellt worden. Diese Zonen sind von Grenzbzw. Übergangsschichten 14 und 15 begrenzt. Eine Maskierschicht 16 aus Siliziumdioxid (SiO2) wird auf der Oberfläche des Körpers gebildet, um die Kontaktzonen zur Herstellung von Elektroden an der p-leitenden Basiszone 12 und der η-leitenden Emitterzone 13 zu begrenzen.will. The conductive type zones 12 and 13 representing the base and the emitter have been produced by previous method steps using known masking and diffusion methods. These zones are from Grenzbzw. Transition layers 14 and 15 limited. A masking layer 16 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the body in order to delimit the contact zones for producing electrodes on the p-conducting base zone 12 and the η-conducting emitter zone 13.
Die folgende Beschreibung des Metallisierungsvorgangs stimmt im wesentlichen mit dem oben erwähnten deutschen Patent 1 282 196, jedoch mit der erfindungsgemäßen Abwandlung überein. Die Reinheit sämtlicher beschriebener verwendeter Metalle entspricht der normalen kommerziellen Praxis.The following description of the metallization process essentially agrees with the German mentioned above U.S. Patent 1,282,196, but with the modification according to the invention match. The purity of all the metals used corresponds to the normal commercial ones Practice.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird auf der gesamten Oberfläche des Körpers Io eine Schicht 17 aus Titan (etwa o,15 bis o, 3 jum) niedergeschlagen, die eine haftende Verbindung mit der Oxidschicht 16 bildet. Im Anschluß an die Miederschlagung der Titanschicht 17 wird eine zweite metallische Schicht 18 aus Platin (etwa o,15 bis o,3 um) auf der gesamten Oberfläche niedergeschlagen. Sowohl die Niederschlagung des Titan als auch des Platins wird in geeigneter Weise mittels bekannter Vakuuraniederschlagsverfahren, z.B. durch katho-As shown in FIG. 2, a layer 17 of titanium (about 0.15 to 0.3 µm) is deposited on the entire surface of the body Io, which layer forms an adhesive bond with the oxide layer 16. Following the precipitation of the titanium layer 17, a second metallic layer 18 made of platinum (approximately 0.15 to 0.3 μm ) is deposited over the entire surface. Both the precipitation of the titanium and the platinum is carried out in a suitable manner by means of known vacuum deposition processes, e.g. by cathodic
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dische Zerstäubung oder Verdampfen mittels Elektronenstrahl durchgeführt.dic atomization or evaporation using an electron beam carried out.
Erfindungsgemäß wird die Platinschicht 18 nunmehr abweichend vom Stande der Technik oxidiert, so daß. die in Fig, 3 gezeigte Schicht 19 aus Platinoxid gebildet wird. Die Oxi- . dation kann in einer Vielzahl von bekannten·, Platin oxidierenden Lösungen anodisch er folgen., Wässrige Schwefelsäure ist beispielsweise eine solche verwendbare Lösung. Die Oxidschicht wird, wie im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird, auf der gesamten Platinoberfläche gebildet, indem entweder eine Spannung von o,8 bis 1,6 V für wenigstens 10 Sekunden oder eine Stromdichte von 0,1 bis 10 mA pro qcm angelegt wird, bis wenigstens o, 8 V erreicht ist. Alternativ kann die Oxidation in einer Reihe von· starken chemischen Oxidationsmitteln chemisch durchgeführt werden. Konzentrierte (70 VoIο%) heiße (wenigstens 70 C) Salpetersäure (HIJOo) ist ein solches verwendbares Oxidationsmittel.According to the invention, the platinum layer 18 is now oxidized differently from the prior art, so that. those in Fig. 3 Layer 19 shown is formed from platinum oxide. The Oxi-. dation can take place anodically in a large number of known platinum oxidizing solutions., Aqueous sulfuric acid is one such usable solution, for example. The oxide layer is described in detail as follows is formed on the entire platinum surface by applying either a voltage of 0.8 to 1.6 V for at least 10 seconds or a current density of 0.1 to 10 mA per qcm is applied until at least 0.8 V is reached. Alternatively the oxidation can be carried out chemically in a number of strong chemical oxidizing agents. Concentrated (70% by volume) hot (at least 70 C) nitric acid (HIJOo) is one such useful oxidizer.
Der Körper 10 wird dann, um auf die bekannten Verfahrensweisen zurückzukommen, vorbereitet für die Aufbringung einer Photolackmaske. In Fig. 4 ist die Photolackmaske 20 auf der Oberfläche der Platinoxidschicht 19 gebildet. Die Maske 20 begrenzt das.Muster der endgültigen metallischen Kontakte.The body 10 is then made to operate on known procedures coming back, prepared for the raising of a Photoresist mask. In Fig. 4, the photoresist mask 20 is on the surface of the platinum oxide layer 19 is formed. The mask 20 defines the pattern of the final metallic contacts.
Aus Fig. 5 geht hervor, daß Goldkontakte und Verbindungen ?1 (ca. 1 - 2 iirn) durch galvanische Niodorschlagungen gebildet, sind. Die galvanische IJiodorr.chl aqunq von Gold au I From Fig. 5 it can be seen that gold contacts and connections 1 (approx. 1 - 2 iirn) are formed by galvanic Niodorschlagung. The galvanic IJiodorr.chl aqunq of gold au I
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der Platinschicht 18 findet in den unmaskierten Abschnitten statt, in denen die Platinoxidschiht 19 freiliegt. Ein gesonderter
Arbeitsgang zur Entfernung der freiliegenden
Platinoxidschxcht 19 vor der galvanischen Niederschlagung
des Goldes ist nicht erforderlich, weil das freiliegende
Platinoxid in der Gold-Platierlösung elektrochemisch zu
metallischem Platin reduziert wird, bevor die Niederschlagung von Gold beginnt. Die noch durch den Photolackfilm 20
maskierte vorhandene Platinoxidschicht 19 bildet während
dieser galvanischen Niederschlagung eine Oberfläche, auf
der der Photolackfilm gut haftet. Das Eindringen des niedergeschlagenen Goldes unter den Photolackfilm 20 wird daher
im wesentlichen verhindert, wodurch beispielsweise die Möglichkeit von Kurzschlüssen vermieden wird.the platinum layer 18 takes place in the unmasked sections in which the platinum oxide layer 19 is exposed. A separate operation to remove the exposed
Platinoxidschxcht 19 before the galvanic deposition
of the gold is not required because the exposed
Platinum oxide in the gold plating solution is added electrochemically
metallic platinum is reduced before the precipitation of gold begins. The existing platinum oxide layer 19, which is still masked by the photoresist film 20, forms during
this galvanic deposition a surface on
which the photoresist film adheres well. The penetration of the deposited gold under the photoresist film 20 is therefore essentially prevented, thereby avoiding, for example, the possibility of short circuits.
Für die galvanische Niederschlagung von Gold auf den freiliegenden
Platinoxidgebieten können sämtliche bekannten
Abscheidungsbäder verwendet werden. Beispielsweise wurden
Citrat-, Phosphat- und modifizierte Cyanidbäder mit Erfolg verwendet. Bei der Goldniederschlagung wird ein zweistufiger
Mechanismus beobachtet: (a) das freiliegende Platinoxid wird zunächst zu metallischem Platin reduziert und (b) das Gold
wird dann auf dem so gebildeten Platin galvanisch niedergeschlagen.
Wie in I''ig. 6 gezeigt, werden hierauf absehl ießend
die Photolackschicht 20 und die Schichten aus Platinoxid
und Platin 1B, sowie die Titanschicht 17 außerhalb derFor the galvanic deposition of gold on the exposed platinum oxide areas, all known
Deposition baths can be used. For example, were
Citrate, phosphate and modified cyanide baths used with success. A two-stage mechanism is observed in gold precipitation: (a) the exposed platinum oxide is first reduced to metallic platinum and (b) the gold is then electrodeposited on the platinum thus formed. As in I''ig. 6, the photoresist layer 20 and the layers of platinum oxide and platinum 1B, as well as the titanium layer 17 outside of the FIG
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goldplattierten Gebiete entfernt· Die Photolackschicht 20 wird mittels üblicher, käuflich erhältlicher Lösungsmittel entfernt» Pa Platinoxid, durch Methanol entfernt, wird, kann das Bauelement in Methanol gespült werden» · Als nächstem wird die Platinschicht zusammen mit dem . gesamten noch verbleibenden Platinoxid in geeigneter Weise durch Rückzerstäuben entfernt..Die Goldschicht wird dabei wegen ihrer größeren Dicke nicht wesentlich angegriffen. Die Titanschicht wird dann.durch Verwendung eines chemischen Ätzmittels, beispielsweise, einer wässrigen Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoff-Fluorsäure ' entfernt.gold-plated areas removed · The photoresist layer 20 is made using conventional, commercially available solvents removes »Pa platinum oxide, removed by methanol, the component can be rinsed in methanol »· The next step is the platinum layer together with the. all remaining platinum oxide removed in a suitable manner by back-sputtering. The gold layer is not significantly attacked because of its greater thickness. The titanium layer is then.by using a chemical etchant, for example, an aqueous solution of sulfuric acid and hydrofluoric acid ' removed.
Es ist festzuhalten, daß die Erfindung auf die weite Klasse der beschriebenen Bauelemente, einschließlich von Halbleiterbauelementen, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen gerichtet, ist, bei denen mangelhafte Haftung der Photolackschicht auf Platin das mögliche Problem der mangelhaften Begrenzung von Kontaktflächen als Folge des Unterplattierens von Gold hervorruft. Das; gegenwärtige Interesse ist zwar auf die Metallisierung von Halbleiteroberflächen (z.B. Silizium, Germanium, IL- EL·.!-Verbindungshalbleiter) gerichtet, jedoch können auch andere Oberflächen mit Vorteil in erfindungsgemäßer Weise metallisiert werden, nämlich Isolatoren,(z.B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Tantaloxid, Tantalnitrid, Aluminiumoxid).It should be noted that the invention is directed to the broad class of devices described, including semiconductor devices, capacitors, resistors, and the like, in which poor adhesion of the photoresist layer to platinum raises the potential problem of poor delineation of contact areas as a result of underplating gold evokes. That; Although current interest is directed to the metallization of semiconductor surfaces ( e.g. silicon, germanium, IL- EL ·.! compound semiconductors), other surfaces can also advantageously be metallized in the manner according to the invention, namely insulators (e.g. silicon dioxide, silicon nitride, tantalum oxide, Tantalum nitride, aluminum oxide).
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Oxidation von PlatinOxidation of platinum
Platin kann mittels zweier Verfahren oxidiert werden: anodisch und chemisch. Bei der anodischen Oxidation ist die Spannung der kritische Parameter, der gesteuert werden muß, während bei der chemischen Oxidation der kritische Parameter das Oxidationspotential ist.Platinum can be oxidized using two methods: anodic and chemical. In anodic oxidation, the voltage is the critical parameter that must be controlled while in chemical oxidation the critical parameter is the oxidation potential.
a. Anodische Oxidationa. Anodic oxidation
Bei der anodischen Oxidation von Platin wird eine Schicht von adsorbiertem Sauerstoff auf der Oberfläche des Platihs gebildet. Es ist nicht ganz sicher, ob die adsorbierte Sauerstoffschicht chemikalisch reagiert und eine Platinoxidschicht bildet oder ob sie nur physikalisch auf der Platinoberfläche adsorbiert ist, jedoch wurde festgestellt, daß Sauerstoff bei anodischer Polarisation bei etwa 0,8 V zu adsorbieren beginnt (siehe James P. Hoare, The Electrochemistry of Oxygen, Interscience P-ublishers, New York (1968), Seiten 39-41.) In jedem Fall bildet die entstehende stabile Schicht von adsorbiertem Sauerstoff eine Oberfläche, auf welcher ein organischer Photolack genügend haftet, um das Unterplattieren während der galvanischen Niederschlagung von Gold zu verhindern. Diese Schicht wird im folgenden als Platinoxidschicht bezeichnet.During the anodic oxidation of platinum, a layer of adsorbed oxygen is created on the surface of the platinum educated. It is not entirely certain whether the adsorbed oxygen layer reacts chemically and a platinum oxide layer forms or whether it is only physically adsorbed on the platinum surface, but it was found that oxygen begins to adsorb at anodic polarization at around 0.8 V (see James P. Hoare, The Electrochemistry of Oxygen, Interscience Publishers, New York (1968), pages 39-41.) In any case, the resulting stable layer of adsorbed oxygen creates a surface on which an organic photoresist is sufficiently adhered to cause underplating to prevent during the galvanic deposition of gold. This layer is referred to below as the platinum oxide layer designated.
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Platin wird erfindungsgemäß mit wenigstens 0,8 V anodisierto Die Anodisierung kann entweder durch Anlegen einer solchen Spannung für eine bestimmte Zeitdauer oder durch Anlegen einer Stromdichte derart,; daß diese Spannung erreicht wird, durchgeführt- werden. Die Bedingungen des Spannungstotentials, der Zeitdauer und der Stromdichte werden so gewählt, daß die Bildung einer vollständigen Oxidschicht innerhalb einer vernünftigen Zeitdauer sichergestellt ist«, Unterhalb eines Potentials von etwa 0,8 Volt bildet sich überhaupt keine Oxidschicht, während bei einem Potential von mehr als 1,6 Volt höhere Oxide, z.Bo PtO,, gebildet werden, die unerwünscht sind, weil sie vor der Goldplattierung schwieriger zu entfernen .sind.According to the invention, platinum is anodized with at least 0.8 V. that this tension is reached. The conditions of the voltage potential, the duration and the current density are chosen so that the formation of a complete oxide layer is ensured within a reasonable period of time 1.6 volts higher oxides, for example ,, o PtO are formed which are undesirable because they are more difficult prior to gold plating to remove .are.
Es kann erforderl-ich sein, während der Anodisation die Stromdichte anstatt der Spannung zu steuern. In diesen Fällen treten dieselben oben beschriebenen Spannungsgrenzen auf. Wenn die Anodisierungs-Stromdichte zu niedrig ist, wird die Platinoxidschicht nicht innerhalb einer vernünftigen Zeitdauer gebildet; während wiederum höhere Oxide gebildet werden, wenn die Stromdichte zu hoch ist» Für die Praxis der Erfindung ist ein geeigneter Bereich der Stromdichte bei o,l bis Io mA/cm gegeben. Dieser Bereich stellt sicher, daß die Mindestspannung von 0,8 V innerhalb einiger Sekunden erreicht wird.It may be necessary during the anodization Control current density rather than voltage. In these In some cases, the same voltage limits described above occur. When the anodizing current density is too low the platinum oxide layer is not formed within a reasonable period of time; while again higher oxides when the current density is too high. A suitable range of current density for the practice of the invention is given at 0.1 to Io mA / cm. This range ensures that the minimum voltage of 0.8 V is within a few Seconds is reached.
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Es dauert wenigstens 10 Sekunden bei etwa 0,8 V um eine ausreichende Schicht aus Oxid zu bilden, welche den Anforderungen der Erfindung genügt. Es wird vorausgesetzt, daß jede darüberhinausgehende Behandlungszeit zur Eindiffusion von Sauerstoff in das Platin dient, um eine feste Lösung von Platin-Sauerstoff zu bilden. Solche zusätzliche Behandlungszeit ist. vorteilhaft, da sie eine verbesserte Haftung der Photolackschicht sicherstellt. Eine zu lange Behandlungsdauer führt jedoch zu unnötigem Zeitverbrauch beim übermäßigen Eindiffundieren von Sauerstoff in die Platinschicht. Eine für die Praxis der Erfindung annehmbare Zeitdauer liegt daher in der Größenordnung von einigen Minuten und das praktische Maximum der Behandlungsdauer liegt bei 10 Minuten.It takes at least 10 seconds at about 0.8V to get one to form a sufficient layer of oxide which meets the requirements of the invention. It is assumed that any additional treatment time is used to diffuse oxygen into the platinum to form a solid solution of platinum oxygen to form. Such extra treatment time is. advantageous because it ensures improved adhesion of the photoresist layer. One too long Treatment duration, however, leads to unnecessary consumption of time due to excessive diffusion of oxygen into the Platinum layer. One acceptable for the practice of the invention The duration is therefore on the order of a few minutes and the practical maximum of the treatment duration is 10 minutes.
Wässrige ElektrolytlÖsungen, die an der Anode Sauerstoff erzeugen und vor der Bildung der Oxidschicht nicht selbst oxidieren, müssen bei der Anodisierung von Platin verwendet werden. Beispiele für solche Lösungen schließen Schwefelsäure (H-SO.), Kaliumhydroxid (KOH) und Perchloratsalze (ClO4") ein.Aqueous electrolyte solutions that generate oxygen at the anode and do not themselves oxidize before the formation of the oxide layer must be used when platinum is anodized. Examples of such solutions include sulfuric acid (H-SO.), Potassium hydroxide (KOH) and perchlorate salts (ClO 4 ").
Für eine vollständigere Diskussion der Anodisierung von Platin werden die Fachleute verwiesen auf die oben zitierte Druckschrifteriptel Ie von Hoare, (insbesondere die Seiten 13-46) .For a more complete discussion of the anodization of platinum, those skilled in the art are referred to the one cited above Brochure Ie by Hoare, (especially pages 13-46) .
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bo Chemische Oxidationbo chemical oxidation
Die üblichen bekannten starken Oxidationsmittel können
ebenfalls zur Bildung der erfindungsgemäßen Platinoxidschicht verwendet werden* Solche Oxidationsmittel müssen
ein Oxidationspotential von wenigstens -o,8o V relativ
zur Standard-Wasserstoff-Halbzellenreaktiön haben:The usual known strong oxidizing agents can
can also be used to form the platinum oxide layer according to the invention * Such oxidizing agents must have an oxidation potential of at least -o.8o V relative
for the standard hydrogen half-cell reaction:
H2 = 2H+ + 2ö~ (0,00 V).H 2 = 2H + + 20 ~ (0.00 V).
Beispiele von in der Praxis für die Erfindung verwendbaren Oxidationsmitteln sindExamples of oxidizing agents useful in the practice of the invention are
(1)'Salpetersäure (HNO3):(1) 'Nitric acid (HNO 3 ):
W2O4+ 2H2O = 2NO3" + 4H+ + 2e"^ (-0,80V)W 2 O 4 + 2H 2 O = 2NO 3 "+ 4H + + 2e" ^ (-0.80V)
Oderor
HNO2 + H2O = NO3"* + 3H+ 2e" (-0,94 V)HNO 2 + H 2 O = NO 3 "* + 3H + 2e" (-0.94 V)
(2) Par chlorsäure. (HClO4):(2) Parchloric acid. (HClO 4 ):
C1O3~+ H3O = ClO4" + 2H+ + 2e~ (-1,19 V)C1O 3 ~ + H 3 O = ClO 4 "+ 2H + + 2e ~ (-1.19 V)
(3) Chromsäure (HpCrÖ.) und saure Lösungen von Kaliumdichromat (K2Cr2O7):(3) Chromic acid (HpCrÖ.) And acidic solutions of potassium dichromate (K 2 Cr 2 O 7 ):
2Cr3++'7H^O = Cr.0„2"+ 14H+ + 6e~ ^1'33 V) 2Cr 3+ + '7H ^ O = Cr.0 " 2 " + 14H + + 6e ~ ^ 1 ' 33 V)
(4) saure Lösungen von Cersulfat (Ce(SO4) ):(4) acidic solutions of cerium sulfate (Ce (SO 4 )):
Ce3+ = Ce4+ + β"" ^1'61 V) Ce 3+ = Ce 4+ + β "" ^ 1 '61 V)
Diese Werte sind dem Werk von Wendell M, Latimer, "Oxidation Potentials, 2» Ausgabe, Prentice-Hall, Inc., Mew York (1952)< entnommen.These values are from the work of Wendell M, Latimer, "Oxidation Potentials, 2" Edition, Prentice-Hall, Inc., Mew York (1952) " taken.
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Diese Oxidationsmittel wirken am besten, wenn sie bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden. Platin sollte für wenigstens 10 Sekunden eingetaucht werden. Längere Zeiten, z.B. 5 Minuten, werden zur Bildung einer relativ dicken reproduzierbaren Platinoxidschicht empfohlen.These oxidizers work best when used at elevated temperatures. Should be platinum be immersed for at least 10 seconds. Longer times, e.g. 5 minutes, will result in the formation of a relative thick, reproducible platinum oxide layer is recommended.
Chemische Oxidiermittel, die schwächer als die oben zusammengestellten sind, beispielsweise 30 %iges Wasserstoffperoxid (H O-) führen nicht zu einer brauchbaren Platinoxidschicht, auf welcher der Photolack für die Zwecke der Erfindung genügend haftet.Chemical oxidizers weaker than those listed above are, for example 30% hydrogen peroxide (HO-) do not lead to a useful one Platinum oxide layer to which the photoresist adheres sufficiently for the purposes of the invention.
a. Eine Anzahl von Siliziumsch#ibchen mit integrierten Schaltungen wurden in erfindungsgemäßer Weise metallisiert. Vor der galvanischen Niederschlagung von Gold auf den von einem Photolackmuster begrenzten Platingebieten wurde die gesamte Platinoberfläche auf jedem Scheibchen auf eine Endspannung von 1,6 V für eine Zeitdauer von 5 Minuten bei einer Stromdichte von o,2 mA/cm in einnormaler Schwefelsäure (IN HpSO ) anodisiert .a. A number of silicon chips with integrated Circuits were metallized in the manner according to the invention. Before the electroplating of gold on the platinum areas delimited by a photoresist pattern, the total platinum surface on each wafer to a final voltage of 1.6 V for a period of 5 minutes a current density of 0.2 mA / cm in normal sulfuric acid (IN HpSO) anodized.
Im Anschluß an die Anodisierung der Platinschicht wurden die Muster in destilliertem Wasser gespült und mit Photolack beschichtet. Die Muster wurden dann mit anderen MusternFollowing the anodization of the platinum layer, the samples were rinsed in distilled water and coated with photoresist coated. The patterns were then matched with other patterns
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verglichen, die nach dem" bekannten Verfahren gemäß dem deutschen Patent 1 282 196 hergestellt wurden. Mikroskopische Prüfung zeigte,.daß die Haftung bei den Mustern mit anodisiertem Platin erheblich verbessert war. Dies wurde durch die Beobachtung festgestellt, daß für die gleiche Goldabscheidungszeit bei beiden Mustersätzen die Unterplattierung von Gold unter den Photolack bei den Mustern mit anodisiertem Platin um mehr als 50 % niedriger lag.compared that according to the "known method according to the German Patent 1,282,196. Microscopic examination showed that the samples were also adherent anodized platinum was vastly improved. This was established by observing that for the same Gold deposition time for both sets of patterns, the underplating of gold under the photoresist for the patterns with anodized platinum was more than 50% lower.
b. Der Vergleich von Scheibchen, die in erwärmter (70 C) üblich konzentrierter (70 Vol.%) Salpetersäure für einen Zeitraum von 5 Minuten oxidiert worden waren, mit gemäß dem Verfahren nach dem deutschen Patent 1 28 2 196 hergestellten Scheibchen führte zu ähnlichen Ergebnissen wie oben.b. The comparison of discs that are usually concentrated (70 vol.%) In heated (70 C) nitric acid for a Period of 5 minutes had been oxidized, with prepared according to the method according to German Patent 1,282,196 Slice produced similar results as above.
Diese Ergebnisse sagen nicht zwangsläufig aus, daß der Abstand zwischen Elektrodenflächen., der bisher bei etwa ο,οΐδ cm liegt, nunmehr um 50 % vermindert werden kann, jedoch zeigen die Resultate, daß eine erheblich geringere Gefahr besteht, daß die Elektrodenflächen durch Unterplattierung kurzgeschlossen werden.These results do not necessarily mean that the distance between electrode surfaces, which was previously about ο, οΐδ cm, can now be reduced by 50% , but the results show that there is a considerably lower risk of the electrode surfaces short-circuited by underplating will.
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